根区水分调控夏玉米根系形态生理特征与水分吸收利用互作关系研究

Crop root system growth and development has been significantly affected by soil water, and vise versa root system morphological and physiological characteristics restricted soil water absorption and utilization. This research intends to study the relationship between root zone water distribution and root system plasticity by root dry weigh, root length, root surface-area, root diameter and root volumn under controlled rain-proof condition with field trail and combining in-situ soil column simulation study. The root system hydrolic lift and water induced mechanism has been explored by analysing root activity, root hydraulic conductivity, sap flow and leaf ABA content and plant transpiration. Moreover, maize aboveground/belowground biomass, maize yield, and thereby water use efficiency will be studied to illustrate the feedback mechanism of root system plasticity on maize water use and productivity, by which to provide theoretical basis and technical support for crop highly water utilization under subsurface drip irrigation.

土壤水分对作物根系生长发育具有显著影响，而根系的形态特征和生理生态特性又决定了作物对土壤水分的吸收利用能力。本研究采用池栽试验在地下滴灌、地表滴灌和大田漫灌模式下研究根区水分分布对夏玉米不同生育时期根重、根长、表面积、根直径和根体积的影响，同时结合原位土柱试验设置不同供水深度，探明根区水分调控对夏玉米根系生长发育的影响机制；分析根系活力、根系导水率、ABA 浓度、根伤流及其植株蒸腾与土壤水分的关系，探讨根系提水作用的效率和供水诱导机制；定量分析夏玉米地上、地下干物质量，产量及其水分吸收利用能力，明确根区水分调控夏玉米根系形态结构与土壤水分吸收利用之间的互作关系，为地下滴灌作物高效水分利用提供理论依据。

地下滴灌作为一种优异的灌溉技术具有节水、增产等多重优势，但是大田作物对土壤水分空间分异的响应及其水分吸收利用的生理生态机制仍不明确。因此，本研究采用地下滴灌和地表滴灌模式并设置不同水分梯度，探究夏玉米、冬小麦应对地表地下局部干旱的生理生态响应机制，水分吸收利用模式和产量形成关系，明确根区水分调控的节水、增产、增效机制。项目研究结果表明地下滴灌深层亏缺供水处理（SDI-W40）显著增加夏玉米叶片含水量，SDI-W40和 SDI-W60处理显著增加吐丝后夏玉米根系伤流量，使得夏玉米叶片维持相对较高的生理活性和同化功能，进而增加其叶面积指数和干物质积累量；地下滴灌模式下40cm表层土壤趋向于干旱，而40cm以下土层土壤含水量显著高于地表滴灌，夏玉米吐丝后＞80cm土壤含水量保持较高水平，该土壤水分分布模式显著增加了夏玉米干物质积累总量，并且SDI处理夏玉米吐丝后干物质积累量和籽粒中来自吐丝后干物质的比例显著高于DI处理。W40条件下成熟期夏玉米干物质积累量较DI处理提高12.3~19.5%，W60条件下提高7.1~7.5%；W40条件下，SDI处理的产量较DI处理提高了9.3%~19.9%；在W60条件下，SDI处理的产量比DI提高了3.3%~7.5%；由于较高的干物质积累量、产量和相对较小的土壤水分无效蒸发使得夏玉米水分利用效率提高6.1%~22.8%。冬小麦试验研究表明地下滴灌干旱处理（SDI-D）拓宽了冬小麦土壤水分利用生态位宽度（SDI生态位宽度0.888，DI生态位宽度0.854），全生育期40cm以下土层土壤贮水消耗量显著提高；冬小麦花期以前干旱处理显著增加了0~80 cm土层的水分汲取；开花期以后地下滴灌冬小麦主要水分吸收层下移。地下滴灌冬小麦花后干物质积累量、产量、土壤贮水消耗量及水分利用效率平均比地表滴灌处理显著提高了10.28%、8.53%、8.78%和10.13%，灌溉量降低11.12%。与干旱处理相比，轻度干旱显著提高了花后干物质积累量，最终产量和水分利用效率分别提高了28.1%和12.3%。